Яростанмаш   (Yarostanmash)

Разработка, проектирование и подготовка к производству техники и электроники!

Как уникальных приборов, так и серийных изделий.

Изготовление опытных образцов и штучных изделий.

Разработка микропрограмм для микроконтроллеров и компьютерных программ.

   Анализатор пальчиковых аккумуляторов и батареек.

   ВНИМАНИЕ! Данная версия прибора является устаревшей. Актуальная версия доступна на странице Анализатор аккумуляторов и батареек.

   Здравствуйте, дорогие дамы и уважаемые господа!

   На этой странице я расскажу Вам о еще одном своем полезном самодельном приборе - Анализаторе аккумуляторов, позволяющем тестировать различные пальчиковые (и не только пальчиковые) аккумуляторы и батарейки с выводом результатов тестирования и построением зарядно-разрядных характеристик на экране персонального компьютера.

   Прибор предназначен для работы со следующими типами аккумуляторов:

   - Li-ION - литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторов (аккумуляторы, используемые в подавляющем большинстве мобильных телефонов, а также фотоаппаратах, видеокамерах и прочей технике);

   - Ni-MH - никель-металгидридных аккумуляторов (используемых в фотоаппаратах "на батарейках" и многих других цифровых и не цифровых устройствах, включая, например, фонари);

   - Ni-Cd - никель-кадмиевых аккумуляторов - более старый, но тем не менее еще достаточно широко распространенный тип аккумуляторов (также используемый в фотоаппаратах, плеерах и других подобных устройствах).

   Разрядные характеристики можно получить с любых аккумуляторов или батареек не зависимо от их типа.

   Анализатором аккумуляторов и батареек в совокупности с программным обеспечением для персонального компьютера реализуются следующие режимы.

   ЗАРЯДКА АККУМУЛЯТОРОВ

   1. Зарядка одного или двух последовательно соединенных элементов Ni-MH или Ni-Cd аккумуляторов постоянным стабилизированным током заданного значения (значение зарядного тока определяется в отдельности для Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторов и может быть установлено в диапазоне от 50 до 1000мА с шагом в 10мА, погрешность не более 10мА).

   Во время зарядки контролируется значение напряжения на аккумуляторе (аккумуляторах) (диапазон контроля напряжения от 0.8 до 4.5В с шагом в 0.01В, погрешность не более 0.01В).

   На основе данных о зарядном токе, напряжении на аккумуляторе и времени процесса зарядки, определяются следующие параметры:

   - мощность на аккумуляторе, Вт;

   - энергия, переданная в аккумулятор, кДж;

   - электрический заряд (емкость), переданный в аккумулятор, мА·ч.

   Зарядка аккумулятора продолжается до истечения заданного времени (от 5 до 100000мин. с шагом в 1мин.) (данную функцию можно отключить в настройках) или до обнаружения отрицательного приращения напряжения на аккумуляторе (данное явление свойственно Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторам) (также отключаемая функция);

   2. Зарядка Li-ION аккумуляторов постоянным стабилизированным током заданного значения (значение зарядного тока может быть установлено в диапазоне от 50 до 1000мА с шагом в 10мА, погрешность не более 1% от полной шкалы), до достижения заданного напряжения (напряжение может быть установлено в диапазоне от 0.8 до 4.5В с шагом в 10мВ, погрешность не более 1% от полной шкалы).

   После достижения данного напряжения, прибор переходит в режим его (напряжения) стабилизации с последующим падением зарядного тока.

   Зарядка аккумулятора продолжается до истечения заданного времени (от 5 до 100000мин. с шагом в 1мин.) (данную функцию можно отключить в настройках) или до падения зарядного тока до величины, задаваемой от 95 до 5% с шагом в 1% от первоначально заданного значения тока (также отключаемая функция).

   Во время зарядки контролируется значение напряжения на аккумуляторе.

   На основе данных о зарядном токе, напряжении на аккумуляторе и времени процесса зарядки, определяются следующие параметры:

   - мощность на аккумуляторе, Вт;

   - энергия, переданная в аккумулятор, кДж;

   - электрический заряд (емкость), переданный в аккумулятор, мА·ч.

   РАЗРЯДКА АККУМУЛЯТОРОВ (БАТАРЕЕК)

   Анализатор аккумуляторов и батареек позволяет разряжать аккумуляторы или батарейки стабилизированным током заданного значения (задается в пределах от 50 до 1000мА с шагом в 10мА, погрешность не более 10мА). Для каждого типа аккумуляторов и для типа "Батарейка" (выбирается пользователем) может быть установлено конкретное значение разрядного тока.

   Разряд может быть прекращен по достижению заданного минимального значения напряжения на аккумуляторе (батарейке) (задается в пределах от 4.5 до 0.8В с шагом 10мВ, погрешность не более 10мВ) (отключаемая функция).

   На основе данных о разрядном токе, текущем напряжении на аккумуляторе (батарейке) и времени процесса разрядки, определяются:

   - текущая мощность, отдаваемая аккумулятором (батарейкой), Вт;

   - энергия, отданная аккумулятором (батарейкой) за время его (ее) разрядки, кДж;

   - электрический заряд (емкость), отданная аккумулятором (батарейкой) за время его (ее) разрядки, мА·ч.

   АНАЛИЗ АККУМУЛЯТОРОВ

   Анализатор аккумуляторов и батареек позволяет проводить циклы зарядки-разрядки аккумуляторов заданное число раз.

   Всякая серия циклов зарядки-разрядки, состоящая пусть даже из одного цикла, предваряется полной разрядкой аккумулятора, чтобы затем стало возможным определить полную энергию, необходимую для его полной зарядки.

   Всякая серия циклов зарядки-разрядки, состоящая пусть даже из одного цикла, завершается полной зарядкой аккумулятора, чтобы затем его сразу можно было использовать по назначению.

   Задаваемое число циклов зарядки-разрядки в режиме анализа аккумуляторов составляет от 1 до 50.

   Каждый процесс (зарядки или разрядки) разделен друг от друга временем простоя, при котором не происходит ни зарядки, ни разрядки аккумулятора. Время простоя задается в пределах от 1 до 600сек.

   После совершения каждого цикла зарядки-разрядки вычисляются:

   - Реальная емкость аккумулятора, мА·ч;

   - "Емкостный" КПД – отношение отданного аккумулятором в процессе разрядки электрического заряда (емкости), мА·ч, к заряду (емкости), полученной в процессе его зарядки;

   - Энергетический КПД – отношение отданной аккумулятором в процессе разрядки энергии, кДж, к энергии, полученной им в процессе зарядки.

   После совершения более чем одного цикла зарядки-разрядки, после завершения каждого очередного цикла зарядки-разрядки, вычисляются и выводятся на экран средние за все произведенные циклы зарядки-разрядки значения емкости аккумулятора, а также его "емкостного" и энергетического КПД.

   Более подробные сведения о порядке подключения анализатора к персональному компьютеру и к испытуемым аккумуляторам (батарейкам), режимах работы, технических характеристиках, программному интерфейсу пользователя и многом другом приведены в инструкции на анализатор аккумуляторов и батареек.

   Схемотехнически Анализатор аккумуляторов и батареек устроен следующим образом (нажмите на схему, чтобы увидеть ее в полном размере):

   Анализатор аккумуляторов и батареек может получать питание от любого подходящего источника постоянного напряжения 9...12В, в том числе не стабилизированного, способного обеспечить ток не менее 1.5А.

   Основным компонентом схемы Анализатора аккумуляторов и батареек является микроконтроллер Atmel ATmega16. Этот микроконтроллер, благодаря заложенной в него программе, обеспечивает:

   - измерение напряжение на аккумуляторе (батарейке);

   - измерения зарядного/разрядного тока через аккумулятор или разрядного тока через батарейку;

   - стабилизацию зарядного или разрядного тока в различных режимах работы (не во всех!), посредством управления источником электрической мощности для зарядки аккумуляторов и потребителем электрической мощности для разрядки аккумуляторов или батареек;

   - стабилизацию зарядного напряжения в различных режимах работы (не во всех!), посредством управления тем же источником электрической мощности для зарядки аккумуляторов;

   - связь с персональным компьютером через интерфейс RS-232 с автоматическим контролем состояния этой связи;

   - управление светодиодами на передней панели прибора.

   Процесс зарядки испытуемых аккумуляторов обеспечивается управляемым источником электрической мощности, выполненным на микросхеме LM317T (левый верхний угол схемы). Эта микросхема является регулируемым стабилизатором напряжения, наподобие микросхемы LM7805, подробно описанной в статье про Электронные часы для ВАЗ-2106.

   Однако, в данном применении микросхема LM317T используется не как стабилизатор напряжения, а, скорее, как "усилитель" управляющего сигнала от микроконтроллера и обеспечивает регулирование электрической мощности (именно мощности, а не тока или напряжения), подводимой к аккумулятору дли его зарядки.

   Для возможности регулирования электрической мощности, подводимой к испытуемому аккумулятору, микросхема LM317T "подпирается" напряжением, генерируемым Цифро-Аналоговым Преобразователем (ЦАП), выполненном из двух последовательных RC-фильтров, преобразующих Широтно-Импульсный Модулированный (ШИМ) сигнал от микроконтроллера в постоянное напряжение "подпорки".

   Регулируя степень заполнения ШИМ-сигнала, можно управлять напряжением "подпорки" микросхемы LM317T, и, следовательно, мощностью, подводимой к аккумулятору.

   Процесс разрядки испытуемых аккумуляторов или батареек обеспечивается управляемым потребителем электрической мощности, выполненным на полевом транзисторе International Rectifier IRF3711, используемом в линейном режиме. На затвор этого транзистора подается напряжение, генерируемое ЦАП, выполненном из трех последовательных RC-фильтров, преобразующих ШИМ-сигнал от микроконтроллера в управляющее напряжение для транзистора IRF3711.

   Регулируя степень заполнения этого ШИМ-сигнала, можно управлять сопротивлением транзистора IRF3711, и, следовательно, мощностью, отбираемой им от испытуемого аккумулятора или батарейки.

   Питание остальной части схемы осуществляется от стабилизатора напряжения LM7805, преобразующего напряжение питания прибора в напряжение, необходимое для питания микроконтроллера ATmega16, т. е. +5В. О том, как использовать микросхему L7805 подробно рассказано в статье про Электронные часы для ВАЗ-2106.

   Для обеспечения связи микроконтроллера и персонального компьютера используется последовательный интерфейс передачи данных RS-232. Для согласования уровней напряжений, используемых в интерфейсе RS-232 (-25...-3В/+3В...+25В) с рабочим напряжением микроконтроллера (0В/+5В) используется драйвер ST232B.

   Конструктивно Анализатор аккумуляторов и батареек смонтирован в пластмассовом корпусе на одной печатной плате (о том, как изготавливать качественные печатные платы в домашних условиях можно узнать на странице Изготовление качественных печатных плат в домашних условиях):

   Микросхема LM317T (регулируемый источник мощности для зарядки аккумуляторов) и транзистор IRF3711 (регулируемый потребитель мощности при разрядке аккумуляторов или батареек) вынесены на радиатор ввиду рассеяния достаточно большого количества тепла.

   Печатная плата прибора односторонняя, микроконтроллер ATmega16, драйвер интерфейса RS-232 ST232B, а также еще ряд компонентов схемы находятся снизу платы:

   На задней стенке Анализатора аккумуляторов расположен радиатор, разъем для подключения интерфейсного кабеля (к COM-порту персонального компьютера), а также разъем для подачи питания на прибор (для подключения блока питания):

   На передней стенке расположены три светодиода, отражающие текущий режим работы прибора (зарядка или разрядка), а также контактные штыри для подключения испытуемых аккумуляторов или батареек:

   Между этими штырями могут быть зажаты аккумуляторы или батарейки типа АА:

   или ААА:

   Аккумуляторы или батарейки других типов могут быть подключены к прибору с помощью удлинительных проводов, которые должны быть максимально короткими и толстыми (для обеспечения минимального сопротивления и внесения наименьших погрешностей в результаты измерений). Для подсоединения самих проводов к прибору следует использовать резьбовые отверстия на торцах штырей, резьба М4.

   А вот, для примера, несколько результатов.

   Испытание Li-ION аккумулятора от сотового телефона емкостью 800мА·ч:

   Реальная емкость: 714мА·ч. Энергетический КПД - 79%.

   Испытание Ni-Cd мизинчикового аккумулятора емкостью 700мА·ч:

   Реальная емкость - 576мА·ч. Энергетический КПД 70%.

   Обратите внимание на тренд (график) напряжения на аккумуляторе в процессе зарядки (зеленый). Сначала напряжение растет, а в конце зарядки немного падает. Это и есть "сигнал" к окончанию процесса зарядки.

   Испытание Hi-MH пальчикового аккумулятора емкостью 2300мА·ч:

   Реальная емкость - 2070мА·ч. Энергетический КПД 76%.

   Тренд (график) напряжения на аккумуляторе в процессе зарядки имеет ту же особенность.

   В этом испытании ток заряда был выбран на уровне 0.7А, а ток разряда - 0.1А.

   Если, прочитав эту страницу, Вы сочли необходимым иметь у себя такой прибор, Вы можете обратиться ко мне, и я с удовольствием соберу для Вас точно такой же.

   Может быть Вы хотите поискать другие варианты анализаторов аккумуляторов и батареек?

Пользовательского поиска

   В любом случае, при возникновении любых вопросов обращайтесь на электронный почтовый ящик Yarst@mail.ru

   Спасибо за то, что посетили эту страницу,

                                                                 с уважением,

                                                                                      Меньшиков Ярослав Андреевич.

   Перейти на страничку про Анализатор аккумуляторов и батареек улучшенный...

© 2007-2011 Яростанмаш

 Материал на страницах этого сайта выложен только для ознакомительных целей.

Любая перепечатка и распространение, использование в коммерческих целях материалов данного сайта возможно только с разрешения и по согласованию с автором.